技術(shù)應(yīng)用 | "大"趨勢下如何保證光伏零部件質(zhì)量安全?

近年來隨著光伏產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，在保證長期穩(wěn)定安全運行的前提下如何增大發(fā)電量，降低發(fā)電成本，成為光伏產(chǎn)業(yè)面臨的一道難題。一方面光伏技術(shù)專家們通過新設(shè)計、新工藝、新材料和新技術(shù)的引入尋求解決之道，另一方面這些新元素也對光伏組件和零部件的質(zhì)量提出了更高的要求。作為光伏組件端最常用也是最重要的配套部件，光伏接線盒和連接器如何應(yīng)對這種“大”趨勢下的機遇和挑戰(zhàn)已然成為整個零部件行業(yè)不斷發(fā)展前行的一個縮影。

 

本文對光伏連接器、接線盒的相關(guān)失效現(xiàn)象入手，希望透過失效表象看到本質(zhì)，通過舉一反三由點及面促進整個行業(yè)一同關(guān)注和深化新形勢下的光伏零部件的質(zhì)量安全。

 

光伏連接器

在光伏發(fā)電系統(tǒng)中連接器是一個長時間載流的部件，保持其長效穩(wěn)定尤為重要。這無疑對連接器的設(shè)計，制造和安裝以及零配件的選用都提出了較高的要求，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都會造成連接器在使用中發(fā)生發(fā)熱變形甚至燒毀。接下來我們通過幾個典型的失效案例來分析造成連接器這種異常發(fā)熱背后的原因。

 

01、解除異常

通常情況下的連接器內(nèi)部金屬件可以拆分成是如下圖所示的三部分，金屬插針耦合時依靠中間的鼓型簧提供充分接觸，如果這三者的尺寸出現(xiàn)偏差，或安裝時出現(xiàn)位移，那在耦合時就會導(dǎo)致非正常的接觸，雖然不會影響電流導(dǎo)通，長期載流情況下易造成觸點異常發(fā)熱和接觸電阻的變化，加劇觸點發(fā)熱，最終導(dǎo)致連接器的變形燒毀。而當(dāng)光伏電站中使用了不同廠家的連接器進行互配時，由于不同產(chǎn)品之間的結(jié)構(gòu)差異以及技術(shù)壁壘，會大大加劇失效風(fēng)險。

 

02、端子和線纜的連接

光伏直流連接器基本都是采用多股銅絲的線纜，線纜和金屬端子選擇以何種方式連接以及連接的質(zhì)量優(yōu)劣都會對連接器的長效安全造成影響，比如下圖中所示的壓接連接方式，必須保證所有銅絲被完整緊密的包裹，這就對線纜的規(guī)格和端子壓接部位的尺寸以及壓接工藝提出了嚴(yán)格的要求，一旦有一個條件不匹配那么就有可能出現(xiàn)如下左圖所示的銅絲外露，或者如下右圖所示的壓接部位缺損的現(xiàn)象。除了依靠視檢來辨別之外，壓縮比的引入也可以更直觀的檢驗壓接的質(zhì)量，最大程度的避免產(chǎn)品長期使用過程中因這類內(nèi)部連接問題造成的安全隱患。

 

03、合理的選型

額定電流的確定同樣也十分重要。連接器如果長時間通入超出自身載流能力的電流，會加速材質(zhì)和配件的老化，縮短其使用壽命。所以了解連接器所配線纜，金屬端子以及外殼材料等各個零配件的性能，并有針對性進行匹配，可以在很大程度上避免連接器盲目升級電流所帶來的風(fēng)險。

 

接線盒

與連接器一樣接線盒內(nèi)部的金屬件也需要長時間的承載電流，除此之外還要搭載旁路二極管來實現(xiàn)其功能性，所以接線盒的失效大致可以分為這兩部分。

 

01、線纜與金屬端子

如圖所示，如果端子和線纜不能提供完整緊密的接觸，那么長時間通過大電流就易造成局部異常發(fā)熱，進而加速該部位材質(zhì)的老化和變形。而在實際使用過程中，接線盒內(nèi)部除了金屬件和線纜的連接以外，還需關(guān)注金屬件與焊帶，金屬件與二極管，金屬件與金屬件等多種連接。任何一種連接的質(zhì)量都會關(guān)系到接線盒長期通電過程中的安全和穩(wěn)定。

 

02、二極管

二極管在進行旁路作用的時候，除了通入的電流大小，還有哪些因素會造成發(fā)熱異常呢?

 

結(jié)構(gòu)因素

上圖中，接線盒最右側(cè)的二極管在進行通電測試中管腳脫焊。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)脫焊二極管底部的金屬片與線纜相連，但固定線纜的壓塊無法提供足夠的鎖緊力，并且金屬片的固定孔受熱發(fā)生形變，那么應(yīng)力就會通過金屬片傳遞給二極管，伴隨二極管持續(xù)的通電發(fā)熱，原本固定二極管管腳的焊錫會隨著高溫逐漸溶解流失，易誘發(fā)二極管的脫焊，所以需要讓二極管和金屬片保持穩(wěn)定接觸，盡量避免受到應(yīng)力影響，這對于接線盒自身結(jié)構(gòu)設(shè)計和零配件的選擇和安裝環(huán)節(jié)提出了更高的要求。

 

灌膠因素

灌膠的引入會封閉整個接線盒內(nèi)部空間，提升污染等級，同時也改變了盒體內(nèi)部發(fā)熱器件依靠空氣進行熱交換的方式。但是如果灌膠不充分造成盒體內(nèi)部有空氣殘留，那就會反過來對接線盒的使用安全造成影響。如上圖所示，這些在金屬片下方殘留的空氣一旦遇熱就會膨脹，不僅容易將上方金屬片和二極管頂起，也會使得接線盒體鼓脹變形，這是導(dǎo)致二極管脫焊和斷流的誘因之一。另外接線盒內(nèi)部同時存在的灌膠和空氣這兩種介質(zhì)還影響了散熱效果造成接線盒材料特別是底部材料的受熱不均，造成局部過熱從而導(dǎo)致盒體材料變形。由于不同的灌膠在流動性，凝固時間等方面都有差別，所以嚴(yán)格遵從產(chǎn)品的規(guī)格書和使用手冊，并改善灌膠質(zhì)量也是關(guān)鍵。

 

焊接因素

錫膏的品種很多，不同焊錫之間熔點的差異，焊錫的分布是否均勻是否充分，接觸面是否有雜質(zhì)或者空氣的殘留，以及與焊錫接觸的金屬材質(zhì)或者表面鍍層是否利于與焊錫的接觸等等這些因素都會最終影響到焊接的整體質(zhì)量，從以上兩個脫焊后的二極管底部照片可以清楚的看到整個焊接面在通電后的情況，這無疑對于焊接的質(zhì)量提出了更高的要求。除此之外，是否能夠找到更好的解決方案或者采用增加輔助固定的手段等等，都可以成為我們更深層次探討的話題。

 

總結(jié)

以上內(nèi)容介紹了目前接線盒和連接器的現(xiàn)狀，以及近些年這些產(chǎn)品悄然發(fā)生的變化。光伏行業(yè)在不斷向前發(fā)展，光伏技術(shù)和光伏產(chǎn)品也在與時俱進不斷適應(yīng)著整個市場發(fā)展的要求。但是不管如何變化，質(zhì)量都將是我們共同追求的目標(biāo)。